3.1.2.3. Direccionamiento IP (IPv4)
Tabla de contenidos:
Contenidos complementarios:
Direccionamiento IP
El direccionamiento en el protocolo IP es la técnica a través de la cual mediante los parámetros de dirección IP y máscara de subred se puede identificar una red y los dispositivos conectados a ella, facilitando el enrutamiento de datos.
3.1.2.3.1. Formato de las IPv4
Una dirección IP en lenguaje de máquina es un número binario formado por 32 dígitos (o bits). De este modo, puede llegar a representarse hasta 232 posibles direcciones.
Aunque este es el formato que emplea la CPU para leer una dirección IP, los estándares del Protocolo IP definen un modo de representación más adecuado para la comprensión humana. Este formato o sistema de representación consiste en seccionar la dirección IP binaria en octetos o bytes (8 bits = byte), separados por un punto. A su vez, cada octeto es representado en su forma decimal, por lo tanto cada uno de estos octetos pueden tomar un valor en decimal que va de 0 a 255. Por ejemplo:
El Protocolo IP define también una regla sobre las direcciones una vez seccionadas en bytes u octetos que ayuda a identificar la clase de red. Esta regla consiste en dividir en dos partes la IP. La división se establece por octetos, pudiendo tener así relaciones 1-3, 2-2 y 3-1.
- Raíz: La primera parte desde la izquierda. Para identificar la clase de red.
- Host: La segunda parte desde donde termina la sección raíz para identificar el dispositivo (host).
La determinación de los rangos del número de la raíz para identificar la clase de red así como el número de octetos que incluye (de 1 a 3) es un estándar del Protocolo IP fijado por la IANA. En parte puede resultar arbitrario pero determina de forma precisa las clases de red existentes en Internet y los que se pueden configurar en una LAN (Privadas, ver abajo tablas). El resultado es que existen 3 tipos de clases de redes principales ordenados así:
Redes clase A
- Se usa el primer octeto (byte) para identificar la red. El resto es para los dispositivos, lo que permitiría disponer de hasta un máximo de 224 dispositivos por red.
- Para redes de gran tamaño.
- El primer octeto debe estar en el rango del número 1 a 127.
- Ejemplos de IP Clase A: 84.34.245.2, 110.62.0.1, 20.30.40.
- El Protocolo IP (IANA) también establece por rangos el uso para estas IP:
Clase | Primera dirección | Ultima dirección | Uso | Número de direcciones |
A | 0.0.0.0 | 0.255.255.255 | Reservado | 16.777.216 |
1.0.0.0 | 9.255.255.255 | IP Públicas | 150.994.994 | |
10.0.0.0 | 10.255.255.255 | IP Privadas | 16.777.216 | |
11.0.0.0 | 126.255.255.255 | IP Públicas | 1.946.157.056 | |
127.0.0.0 | 127.255.255.255 | Reservado | 16.777.216 |
Redes clase B
- Se usan los dos primeros octetos (bytes) para identificar la red. El resto es para los dispositivos, lo que permitiría disponer de hasta un máximo de 212 dispositivos por red.
- Para redes de tamaño mediano.
- El primer octeto debe estar en el rango del número 128 a 192.
- Ejemplos de IP Clase B: 7.14.100, 172.20.2.3, 181.255.255.99
- El Protocolo IP (IANA) también establece por rangos el uso para estas IP:
Clase | Primera dirección | Ultima dirección | Uso | Número de direcciones |
B | 128.0.0.0 | 169.253.255.255 | IP Públicas | 721.289.216 |
169.254.0.0 | 169.254.255.255 | Reservado | 65.536 | |
169.255.0.0 | 171.15.255.255 | IP Públicas | 17.891.328 | |
171.16.0.0 | 172.31.255.255 | IP Privadas | 1.048.576 | |
172.32.0.0 | 191.255.255.255 | IP Públicas | 333.447.168 |
Redes clase C
- Se usan los tres primeros octetos (bytes) para identificar la red. El resto es para los dispositivos, lo que permitiría disponer de hasta un máximo de 28 dispositivos por red.
- Para redes de tamaño pequeño.
- El primer octeto debe estar en el rango del número 192 a 233.
- Ejemplos de IP Clase C: 168.0.1, 200.100.50.25, 209.0.0.73
- El Protocolo IP (IANA) también establece por rangos el uso para estas IP:
Clase | Primera dirección | Ultima dirección | Uso | Número de direcciones |
C | 192.0.0.0 | 192.167.255.255 | IP Públicas | 11.010.048 |
192.168.0.0 | 192.168.255.255 | IP Privadas | 65.536 | |
192.169.0.0 | 223.255.255.255 | IP Públicas | 525.795.328 |
Como se puede observar, existe un rango de IP cuyo uso es reservado. Estas IP están para uso experimental, asignación de máquinas locales, etc. También existe un rango de IP que definen redes de clase D y E, también para usos no comunes (224.0.0.0 – 255.255.255.255).
3.1.2.3.2. Máscara de Subred
La máscara de subred (subnet mask) es un parámetro de red del Protocolo IP que tienen como función identificar la dirección IP de la red a partir de la IP de los dispositivos (hosts), pudiendo así identificar si estos pertenecen o no a la red. Como se verá a continuación, la máscara de subred delimita de forma precisa la parte que corresponde a la red y al host en una IP.
La máscara, al igual que la IP, está formada por un número en binario de 32 bits, que también se divide en octetos y puede representare en forma decimal. No obstante, la regla de formación de una máscara de subred es que en su formato binario no admite valores 1 y 0 intercalados, y en su rango de valores posibles debe aumentar su valor de manera secuencial de izquierda a derecha, aumentando cada uno de sus bits en 1. Se pueden representar así las siguientes máscaras posibles:
Máscara en binario | Notación CIDR | Máscara en decimal |
11111111 00000000 00000000 00000000 | /8 | 255.0.0.0 |
11111111 10000000 00000000 00000000 | /9 | 255.128.0.0 |
11111111 11000000 00000000 00000000 | /10 | 255.192.0.0 |
11111111 11100000 00000000 00000000 | /11 | 255.224.0.0 |
11111111 11110000 00000000 00000000 | /12 | 255.240.0.0 |
11111111 11111000 00000000 00000000 | /13 | 255.248.0.0 |
11111111 11111100 00000000 00000000 | /14 | 255.252.0.0 |
11111111 11111110 00000000 00000000 | /15 | 255.254.0.0 |
11111111 11111111 00000000 00000000 | /16 | 255.255.0.0 |
11111111 11111111 10000000 00000000 | /17 | 255.255.128.0 |
11111111 11111111 11000000 00000000 | /18 | 255.255.192.0 |
11111111 11111111 11100000 00000000 | /19 | 255.255.224.0 |
11111111 11111111 11110000 00000000 | /20 | 255.255.240.0 |
11111111 11111111 11111000 00000000 | /21 | 255.255.248.0 |
11111111 11111111 11111100 00000000 | /22 | 255.255.252.0 |
11111111 11111111 11111110 00000000 | /23 | 255.255.254.0 |
11111111 11111111 11111111 00000000 | /24 | 255.255.255.0 |
11111111 11111111 11111111 10000000 | /25 | 255.255.255.128 |
11111111 11111111 11111111 11000000 | /26 | 255.255.255.192 |
11111111 11111111 11111111 11100000 | /27 | 255.255.255.224 |
11111111 11111111 11111111 11110000 | /28 | 255.255.255.240 |
11111111 11111111 11111111 11111000 | /29 | 255.255.255.248 |
11111111 11111111 11111111 11111100 | /30 | 255.255.255.252 |
11111111 11111111 11111111 11111110 | /31 | 255.255.255.254 |
11111111 11111111 11111111 11111111 | /32 | 255.255.255.255 |
El método para identificar la IP de la red a partir de una máscara, consiste en representar la máscara como una línea que corta de forma perpendicular la IP, estableciendo así dos partes:
- Identificación de red: Parta de la izquierda.
- Identificación del host: Parte a la derecha.
Al colocar perpendicularmente la máscara debajo de la IP (ambas tienes 32 bits), hay que imaginar un barrido en la IP que pondrá en 0 todos sus bits hacia la izquierda donde empiezan los ceros en la máscara, arrojando así cada una de las partes (host y red) e identificando la IP de la red.
La combinación de una IP con la máscara de subred puede representarse de forma conjunta mediante la anotación CIDR. Viendo la 2ª columna (Notación CIDR) de la tabla de posibles máscaras de subred, se puede expresar del siguiente modo basándose en ejemplo anterior (en realidad indica la cantidad de bits 1 de la máscara):
172.20.10.54/16
El uso de las máscaras de subred es fundamental para el direccionamiento a través de los routers. Para que dos dispositivos conectados a una misma red (LAN) puedan intercambiar información, deben pertenecer a la misma red. Para ello la máscara de todos los dispositivos de una red debe ser la misma.
Anexo: Anotaciones acerca de las Clases de Red, Subredes, Protocolos de Enrutamiento y CIDR
En la sección sobre el formato de las IP se ha introducido la noción de Clase de Red. Hasta principios de la década de los 90 el direccionamiento IP y los protocolos de enrutamiento podían efectuarse con las clases basándose en la identificación de la red por el primer octeto. No obstante, este sistema resultó ineficaz ante el gran crecimiento que experimentó Internet pues entre otras causas implicaba un sobrecalentamiento de los routers principales de Internet ante el aumento de circulación de datos y se intuía el agotamiento de direcciones IPv4.
Ante esta situación, se estableció el rango de direcciones IP privadas para las clases A, B y C y el sistema de las máscaras de subred. Por definición de las clases, se puede identificar el tipo de máscara que les corresponde por defecto:
Clase de red | Rangos de IP red privada | Máscara de Red por definición | Número de hosts por red |
A | 10.0.0.0 | 255.0.0.0 o /8 | 16.777.216 |
B | 171.16.0.0 – 172.31.0.0 | 255.255.0.0 o /16 | 65.536 |
C | 192.168.0.0 – 192.168.255.0 | 255.255.255.0 o /24 | 256 |
Con este nuevo sistema, el direccionamiento y enrutamiento por clases dejó de usarse de forma generalizada, reservándose solo para casos muy concretos. No obstante, el empleo de máscaras fijas como las del rango de direcciones IP Privadas implica ciertas limitaciones y complicaciones cuando un administrador de red debe diseñar una red. Estas limitaciones son principalmente:
- El número de host que permiten las clases de red privadas con máscara de subred por defecto oscila de forma fija en un rango que va de 256 (clase C) a 16.777.216 hosts (clase A).
- El manejo de una única red con los parámetros de las clases estándares por defecto es complicada administrativamente, en cuanto a configuración del enrutamiento y otras cuestiones.
En cualquier red informática, es común tener varias redes (subredes) conectadas por routers y cada subred puede requerir un determinado número de hosts que sea posible administrar de forma eficiente. Por ejemplo, si se unen dos redes de clase C con máscara /24, cada una de ellas dispondrá de 256 hosts posibles. En una red para una empresa pequeña que por necesidades requiere distinguir administrativamente 2 redes, el rango de hosts disponible por red (256) puede resultar complicado de gestionar e ineficiente.
Para resolver esta cuestión, se implementó una solución que consiste en dividir una red en subredes de tamaño pequeño con un parámetro de máscara de subred no vinculado a las clases fijas. Esta solución consta de dos mecanismos que están ampliamente extendidos:
- VLSM: Máscaras de subred de tamaño variablemente pequeño (del inglés Variable Lenght Subnet Mask)
- CIDR: Enrutamiento ente dominios sin clases (del inglés Classless Inter-Domain Routing)
Resumiendo mucho, el método VLSM, consiste en dividir una red en subredes empleando para ello máscaras de subred de tamaño no fijo. Este método puede emplearse tanto para IP Privadas como Públicas. Cuando se aplica una máscara de subred diferente a la clase a la que pertenece una IP de red entonces se toman prestados parte de los bits que corresponden a la IP de los host y la red se divide en bloques. A esta técnica se le llama subnetting. Ejemplo:
Nota: El tráfico de Broadcast se utiliza para enviar paquetes a todos los hosts en la red usando la dirección de Broadcast para la red. Tiene funciones como localizar direcciones IP, etc.
La notación empleando VLSM también permite emplear CIDR más cortos que el de la clase a la que pertenece la red, permitiendo tener más hosts de los que corresponderían (a diferencia del ejemplo anterior). También permite crear más subredes dentro de una subred para aprovechar mejor el rango de IP disponibles para los hosts. En todo caso, los administradores de redes no suelen ir especulando acerca de que máscara de subred usar o clase para una LAN, sino que construyen la red y subredes adecuándose al número de hosts que tienen en mente. Para ello, existen aplicaciones que pueden resultar útiles a la hora de calcular que clase de red y máscara usar (Calculadoras VLSM: https://subnettingpractice.com/vlsm.html ; http://vlsmcalc.net/)
Para terminar de comprender el funcionamiento de Internet y cómo es posible el enrutamiento de datos a través de las redes de forma eficiente, es necesario hablar del mecanismo CIDR, empleado para el direccionamiento público. El CIDR o Enrutamiento ente dominios sin clases es el sistema de ruteo que utilizan los (backbone routers) y que son soportados por los dos protocolos de enrutamiento más utilizados por un Sistema Autónomo (ASN): OSPF (interno) y BGP (externo)
Los Registros Regionales de Internet asignan las direcciones IP a los ASN mediante Bloques CIDR. Los bloques CIDR constan del siguiente formato, similar a una IP con la nomenclatura CIDR:
Nótese que los prefijos de los bloques CIDR están basados en la técnica de VLSM y que una misma IP puede encajar en varios prefijos CIDR. El uso del estándar de red CIDR ha permitido implementar muchas mejoras en el enrutamiento al permitir que los protocolos gestionen direcciones con una sola entrada (Bloque CIDR) en sus tablas de rutas. Estos bloques también son alquilados entre empresas para mantener sus servicios en Internet ante la escasez cada vez mayor de IPv4. Otra ventaja del uso de CIDR, es el uso de las superredes.